(57)【要約】【課題】  各スクライブ加工工程における基材の歪み量が、製造工程中の熱応力や機械的応力を原因として大きく異なるものであったとしても、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持することを可能とする。【解決手段】  １の成膜工程が完了した中間品シート乃至プレート上から、前記基材に直接に刻設されたパンチ孔やアライメントマーク等の位置合わせシンボルの位置を光学的に検出し、前記シンボルの検出された位置と、前記シンボルの位置とそれに対応するスクライブ線上の位置との設計上の位置関係とに基づいて、設計上のスクライブ加工位置を補正し、前記補正後のスクライブ加工位置に対してレーザ光を照射してスクライブ線を形成する。【選択図】  図９
2010219171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造するときに使用されるレーザスクライブ加工方法であって、
１の成膜工程が完了した中間品シート乃至プレート上から、前記基材に直接に刻設されたパンチ孔やアライメントマーク等の位置合わせシンボルの位置を光学的に検出するステップと、
前記シンボルの検出された位置と、前記シンボルの位置とそれに対応するスクライブ線上の位置との設計上の位置関係とに基づいて、設計上のスクライブ加工位置を補正するステップと、
前記補正後のスクライブ加工位置に対してレーザ光を照射してスクライブ線を形成するステップとを含み、
それにより、前記各スクライブ加工工程における前記基材の歪み量の如何に拘わらず、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持する、ことを特徴とするレーザスクライブ加工方法。
【請求項２】
前記多層デバイスが、長尺シート状の薄膜太陽電池であって、前記位置合わせ用のシンボルが、集電光となるべく前記シート状基材上に一列に並んだパンチ孔であり、さらに
前記交互に施される成膜工程とスクライブ加工工程とが、
第１の成膜工程である裏面電極のスパッタリング工程と、
第１のレーザスクライブ工程である裏面電極のパターンニング工程と、
第２の成膜工程であるセル膜のＣＶＤ工程及び表面電極のスパッタリング工程と、
第２のレーザスクライブ工程であるセル膜及び表面電極のパターニング工程とを含み、
それにより、前記各スクライブ加工工程における前記基材の歪み量の如何に拘わらず、裏面電極上のスクライブ線と表面電極上のスクライブ線とが軸心整合する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザスクライブ加工方法。
【請求項３】
前記多層デバイスが、板状の薄膜太陽電池であって、前記位置合わせ用のシンボルが、集電光となるべく前記シート状基材上に一列に並んだパンチ孔であり、さらに
前記交互に施される成膜工程とスクライブ加工工程とが、
第１の成膜工程である裏面電極のスパッタリング工程と、
第１のレーザスクライブ工程である裏面電極のパターンニング工程と、
第２の成膜工程であるセル膜の蒸着工程と、
第２のレーザスクライブ工程であるセル膜のパターニング工程と、
第３の成膜工程である表面側の電極蒸着工程と、
第３のレーザスクライブ工程である表面電極のパターニング工程とを含み、
それにより、前記各スクライブ加工工程における前記基材の歪み量の如何に拘わらず、裏面電極上のスクライブ線と表面電極上のスクライブ線との間に存在する不要領域の面積を所定値以下に維持する、ことを特徴とする請求項１に記載のレーザスクライブ加工方法。
【請求項４】
その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置であって、
前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、
前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、
前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、
前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられたレーザパターニング用の加工ヘッドと、
前記主ステージ上にあって、前記副ステージの走行ラインよりも、前記主ステージのスクライブ動作時の走行方向前方側の領域に、前記製造ラインの幅方向へと適宜間隔をおいて分散配置され、それぞれ前記中間品シート上の集電孔一列分の視野の一部を分担する複数個の固定カメラとを有し、
それにより、前記複数の固定カメラのそれぞれから得られる画像を画像処理することで、各固定カメラ位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成した、ことを特徴とするレーザスクライブ加工装置。
【請求項５】
前記複数個の固定カメラは、低膨張材からなるホルダを介して前記主ステージに取り付けられている、ことを特徴とする請求項４に記載のレーザスクライブ加工装置。
【請求項６】
その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置であって、
前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、
前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、
前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、
前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられたレーザパターニング用の加工ヘッドと、
前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと、前記レーザパターニング用のヘッドと一体に移動する１個のカメラとを有し、
それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成した、ことを特徴とするレーザスクライブ加工装置。
【請求項７】
前記単一のカメラが、スクライブ加工動作時における移動中、前記加工ヘッドの進行方向において所定距離下流側に配置されている、ことを特徴とする請求項６に記載のレーザスクライブ加工装置。
【請求項８】
その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置であって、
前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、
前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、
前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、
前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられたレーザパターニング用の加工ヘッドと、
前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと、前記レーザパターニング用のヘッドと一体に移動する複数個のカメラとを有し、
それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成した、ことを特徴とするレーザスクライブ加工装置。
【請求項９】
前記複数個のカメラが、スクライブ加工動作時における移動中、前記加工ヘッドの進行方向において所定距離下流側に配置されている、ことを特徴とする請求項８に記載のレーザスクライブ加工装置。
【請求項１０】
その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置であって、
前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、
前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、
前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、
前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられた同軸観察カメラ付きのレーザパターニング用の加工ヘッドとを有し、
それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成した、ことを特徴とするレーザスクライブ加工装置。
【請求項１１】
その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置であって、
前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、
前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、
前記主ステージ上にあって、前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられた出射光軸を、前記製造ラインの幅方向及び長手方向へとそれぞれ所定ストロークで首振り可能としたレーザパターニング用の加工ヘッドと、
前記主ステージ上にあって、前記副ステージの走行ラインよりも、前記主ステージのスクライブ動作時の走行方向前方側の領域に、前記製造ラインの幅方向へと適宜間隔をおいて分散配置され、それぞれ前記中間品シート上の集電孔一列分の視野の一部を分担する複数個の固定カメラとを有し、
それにより、前記複数の固定カメラのそれぞれから得られる画像を画像処理することで、各固定カメラ位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの光軸首振り角度を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成した、ことを特徴とするレーザスクライブ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造するときに使用されるレーザスクライブ加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造するといった製造方法は、例えば、ポリイミドフィルムを基材として使用するソフトタイプの薄膜太陽電池、ガラス板を基材として使用するハードタイプの薄膜太陽電池などに採用される。
【０００３】
薄膜太陽電池（ソフトタイプ）の製造工程図が図３５に示されている。同図（ａ）〜（ｈ）に示されるように、この薄膜太陽電池（ソフトタイプ）の製造工程は、ポリイミドフィルム基板を用意する工程と、スルーホールなどのためのパンチ穴を開ける工程と、裏面、背面Ａｇとなる電極をスパッタリングする工程と、裏面電極のパターニングを行う工程と、α−ＳｉのＣＶＤ膜を生成する工程と、ＴＣＯ膜のスパッタリングを行う工程と、ＴＣＯ及びα−Ｓｉのパターニングを行う工程と、背面電極のパターニングを行う工程とを含んでいる。
【０００４】
上述の工程の中で、同（ｄ）に示される裏面電極のパターニング工程と同図（ｇ）に示されるＴＣＯ、α−Ｓｉ膜のパターニング工程において、正しいスクライビング加工が行われた場合を図３６に示す。
【０００５】
同図に示されるように、Ａｇ電極膜が形成された段階で、裏面電極のパターニング工程が行われると、４００μｍ幅のスクライブ線２０１が形成される。こうして形成されたスクライブ線２０１の上には、同図（ｂ）に示されるように、ＴＣＯ膜及びα−Ｓｉ膜がそれぞれ成膜される。そして、それら２層膜体の上には、同図（ｃ）に示されるように、さらなるパターニング処理が行われ、その結果、裏面電極のパターニング処理で形成されたスクライブ線２０１のほぼ中心位置に、１００μｍ幅のスクライブ線２０２が形成される。
【０００６】
ところで、この種の薄膜太陽電池（ソフトタイプ）の製造工程は、一方のローラから送り出されたシートを他方のローラで巻き取るといった、いわゆるロール・ツー・ロール方式で行われることから、搬送中の中間品シートは搬送途中で引っ張られることから、局部的に歪みが生じて伸び縮みするほか、製造環境下における温度や湿度も微妙に異なることから、それらの熱応力によっても局部的に歪みが生じ、実際、搬送方向には０．２％程度の伸縮が発生すると言われている。
【０００７】
不良のスクライビング加工の一例を示す説明図が図３７に示されている。この例にあっては、裏面電極のパターニング時点における中間品シートの歪みと、ＴＣＯ、α−Ｓｉ膜のパターニング工程時の中間品シートの歪みとは大きく異なる。そのため、裏面電極のパターニングで形成されたスクライブ線２０１とＴＣＯ、α−Ｓｉ膜のパターニング工程で形成されたスクライブ線２０２とは軸心整合しない。このような事態が生ずると、電流がリークしてしまい、太陽電池としては不良品として廃棄せざるを得ない。
【０００８】
次に、薄膜太陽電池（ハードタイプ）の製造工程図が図３８に示されている。同図（ａ）〜（ｇ）に示されるように、この薄膜太陽電池（ハードタイプ）の製造工程は、ガラス板を用意する工程と、ＴＣＯ膜を蒸着する工程と、ＴＣＯのパターン化のためにレーザスクライブを行う工程と、ａ−Ｓｉの蒸着工程と、ａ−Ｓｉ膜のパターン化のためにレーザスクライブを行う工程と、シリコン側に金属を蒸着する工程と、金属の蒸着膜をパターニングのためにレーザスクライブする工程とを含んでいる。
【０００９】
スクライビング加工の一例を示す説明図が図３９に示されている。同図に示されるように、ＴＣＯのパターン化、シリコンの蒸着のパターン化、金属の蒸着のパターン化のそれぞれを行った場合、ＴＣＯ膜上のスクライブ線とシリコン蒸着膜上のスクライブ線との距離Ｌ１並びに、シリコン蒸着膜上のスクライブ線と金属の蒸着膜上のスクライブ線との距離Ｌ２は、不要な領域（全体効率の低下）であるため、できるだけ短いことが好ましい。
【００１０】
しかし、薄膜太陽電池（ハードタイプ）にあっても、実際には製造工程中における局部的な温度差や湿度差などから応力歪みが生ずるため、実際、上述の距離Ｌ１，Ｌ２を許容幅以内に抑えることができない場合も生ずる。
【００１１】
以上、一例として、ソフトタイプ及びハードタイプの薄膜太陽電池で説明したように、シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造する方法にあっては、製造工程中に生ずる熱応力や機械的応力などによって各スクライブ加工工程における基材の歪み量に相違が生ずると、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持することが難しく、その結果、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関が、設計通りの位置的相関から大きく異なった場合、デバイスの効率が大きく低下したり、あるいは不良品が発生するなどの問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１０−２３３５１７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５２３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、従来のシート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造する方法にあっては、製造中に生ずる熱応力や機械的応力によって、各スクライブ加工工程における基材の縮み量に大きな違いが存在すると、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持することが困難となり、その結果完成されたデバイスは著しく効率が悪かったり、あるいは使用不能な不良品となるといった問題点があった。
【００１４】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造する方法において、各スクライブ加工工程における基材の歪み量が、製造工程中の熱応力や機械的応力を原因として大きく異なるものであったとしても、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持することを可能としたスクライブ加工方法及び装置を提供することにある。
【００１５】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の発明が解決しようとする課題は以下の構成を有するスクライブ加工方法によって解決することができると考えられる。
【００１７】
すなわち、このスクライブ加工方法は、シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造するときに使用されるレーザスクライブ加工方法である。
【００１８】
この方法は、１の成膜工程が完了した中間品シート乃至プレート状から、前記基材に直接に刻設されたパンチ孔やアライメントマーク等の位置合わせシンボルの位置を光学的に検出するステップと、前記シンボルの検出された位置と、前記シンボルの位置とそれに対応するスクライブ線上の位置との設計上の位置関係とに基づいて、設計上のスクライブ加工位置を補正するステップと、前記補正後のスクライブ加工位置に対してレーザ光を照射してスクライブ線を形成するステップとを含むことを特徴とするものである。
【００１９】
このような構成によれば、製造工程中に生ずる機械的応力や熱応力などによって、各スクライブ加工工程における基材の歪み量が大きく異なったとしても、スクライブ加工処理それ自体は、前記シンボルの検出された位置と、前記シンボルの位置とそれに対応するスクライブ線上の位置との設計上の位置関係とに基づいて、設計上のスクライブ加工位置を補正したスクライブ加工位置に対してレーザ光を照射して行われるため、各スクライブ加工工程における前記基材の歪み量の如何に拘わらず、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持することが可能となり、完成された多層デバイスの効率が低下したり、不良品となる確率を可及的に低減することができる。
【００２０】
上述の方法において、前記多層デバイスが、長尺シート状の薄膜太陽電池であって、前記位置合わせ用のシンボルが、集電孔となるべく前記シート状基材上に一列に並んだパンチ孔であり、さらに前記交互に施される成膜工程とスクライブ加工工程とが、第１の成膜工程である裏面電極のスパッタリング工程と、第１のレーザスクライブ工程である裏面電極のパターニング工程と、第２の成膜工程であるセル膜のＣＶＤ工程及び表面電極のスパッタリング工程と、第２のレーザスクライブ工程であるセル膜及び表面電極のパターニング工程とを含むものであれば、前記各スクライブ加工工程における基材の歪み量の如何に拘わらず、裏面電極上のスクライブ線と表面電極上のスクライブ線とが軸心整合することとなり、上述の電流リークの問題を未然に防止することができる。
【００２１】
また、上述の方法において、前記多層デバイスが、板状の薄膜太陽電池であって、前記位置合わせ用のシンボルが、集電穴となるべく前記シート状基材上に一列に並んだパンチ孔であり、さらに、前記交互に施される成膜工程とスクライブ加工工程とが、第１の成膜工程である裏面電極のスパッタリング工程と、第１のレーザスクライブ工程である裏面電極のパターンニング工程と、第２の成膜工程であるセル膜の蒸着工程と、第２のレーザスクライブ工程であるセル膜のパターニング工程と、第３の成膜工程である表面側の電極蒸着工程と、第３のレーザスクライブ工程である表面電極のパターニング工程とを含むものであれば、前記各スクライブ加工工程における前記基材の歪み量の如何に拘わらず、裏面電極上のスクライブ線と表面電極上のスクライブ線との間に存在する不要領域の面積を所定値以下に維持することが可能となり、完成されたデバイスの歩留まりを向上させることができる。
【００２２】
上述の発明が解決しようとする課題は、以下の構成を有するレーザスクライブ加工装置によっても解決することができる。
【００２３】
このレーザスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置である。
【００２４】
そして、このレーザスクライブ加工装置には、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられたレーザパターニング用の加工ヘッドと、前記主ステージ上にあって、前記副ステージの走行ラインよりも、前記主ステージのスクライブ動作時の走行方向前方側の領域に、前記製造ラインの幅方向へと適宜間隔をおいて分散配置され、それぞれ前記中間品シート上の集電孔一列分の視野の一部を分担する複数個の固定カメラとを有し、それにより、前記複数の固定カメラのそれぞれから得られる画像を画像処理することで、各固定カメラ位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
このような構成によれば、予め複数の固定カメラによって集電孔列の画像を取得し、それらに基づき複数の点のズレ量を求めることができるから、これらのズレ量に基づいて設計上のスクライブ線を補正することにより、制御を負担するコンピュータにおいては、画像処理や演算処理に煩わされることなく、スクライブ加工のためのビーム照射点制御に専念することができる。
【００２６】
このとき、前記複数個の固定カメラが、低熱膨張材からなるホルダを介して前記主ステージに取り付けられていれば、製造環境下における温度管理が厳しい場合であっても、各カメラの基準となる光軸ズレを最小にとどめ、スクライブ線の補正精度を向上させることができる。
【００２７】
上述の発明が解決しようとする課題は、以下の構成を有するレーザスクライブ加工装置によっても解決することが考えられる。
【００２８】
すなわち、このレーザスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置である。
【００２９】
そして、このレーザスクライブ加工装置には、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられたレーザパターニング用の加工ヘッドと、前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと、前記レーザパターニング用のヘッドと一体に移動する１個のカメラとを有し、それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成したことを特徴とするものである。
【００３０】
このような構成によれば、制御のためのコンピュータとしては高速処理を求められるものの、画像を取得するためのカメラは１台で済むため、コンパクトかつ低コストに製作できる利点がある。
【００３１】
このとき、前記単一のカメラが、スクライブ加工動作時における移動中、前記加工ヘッドの進行方向において所定距離下流側に配置されていれば、加工ヘッドが進行するに先立って、早めに進行する位置の画像情報が取得されるため、補正に必要なズレ量を取得するための画像処理に十分な余裕が生まれ、スクライブラインの補正処理に必要なコンピュータとして、さほど高速処理を必要としなくても済むという利点がある。
【００３２】
上述の発明が解決しようとする課題は、以下の構成を有するレーザスクライブ加工装置によっても解決することができると考えられる。
【００３３】
すなわち、このレーザスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置である。
【００３４】
そして、このレーザスクライブ加工装置には、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられたレーザパターニング用の加工ヘッドと、前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと、前記レーザパターニング用のヘッドと一体に移動する複数個のカメラとを有し、それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成したことを特徴とするものである。
【００３５】
このような構成によれば、複数のカメラを加工ヘッドと同時に移動させながら、各カメラ位置におけるズレ量を補正しつつ、補正されたスクライブ線に基づいてスクライブ加工を行うものであるから、前記単一カメラの場合に比べ、一括取得できる画像データの量が増し、その分だけ画像処理を早めに済ますことによって、制御に必要なコンピュータをスクライブ加工上のビーム制御に専念させることができ、全体としてさほど処理速度を要求しないコンピュータによって、余裕をもって処理を実現できる利点がある。
【００３６】
このとき、前記複数個のカメラが、スクライブ加工動作時における移動中、前記加工ヘッドの進行方向において所定距離下流側に配置されていれば、より一層画像データの取得を早めに行うことができ、コンピュータの処理に余裕が生まれることとなる。
【００３７】
上述の発明が解決しようとする課題は、以下の構成を有するレーザスクライブ加工装置によっても解決することができる。
【００３８】
すなわち、このレーザスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置である。
【００３９】
そして、このレーザスクライブ加工装置には、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、前記主ステージ上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージと、前記副ステージ上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられた同軸観察カメラ付きのレーザパターニング用の加工ヘッドとを有し、それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成したことを特徴とするものである。
【００４０】
このような同軸観察カメラ付きのレーザパターニング用の加工ヘッドによれば、レーザ加工と画像取得とを同時に行うことはできないものの、それらの処理を同一の視野をもって行うことができるため、設計上のスクライブラインに対する補正の精度を向上させることができる。
【００４１】
上述の発明が解決しようとする課題は、以下の構成を有するレーザスクライブ加工装置によっても解決できると考えられる。
【００４２】
すなわち、このレーザスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるレーザスクライブ加工装置である。
【００４３】
このレーザスクライブ加工装置は、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シートが載置可能な載物台を有する加工ステーションと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージと、前記主ステージ上にあって、前記載物台上に載置固定された中間品シートに向けられた出射光軸を、前記製造ラインの幅方向及び長手方向へとそれぞれ所定ストロークで首振り可能としたレーザパターニング用の加工ヘッドと、前記主ステージ上にあって、前記副ステージの走行ラインよりも、前記主ステージのスクライブ動作時の走行方向前方側の領域に、前記製造ラインの幅方向へと適宜間隔をおいて分散配置され、それぞれ前記中間品シート上の集電孔一列分の視野の一部を分担する複数個の固定カメラとを有し、それにより、前記複数の固定カメラのそれぞれから得られる画像を画像処理することで、各固定カメラ位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッドの光軸首振り角度を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成したことを特徴とするものである。
【００４４】
このような構成によれば、進行方向前方にある一列分の集電孔列に関する画像を一括して短時間で取得しこれに基づき設計上のスクライブ線を早期に補正できることに加え、レーザビーム照射位置の移動は、光軸首振り角度の制御によって高速に行うことができるため、これらが相俟って、中間品シートの動きを停止させることなく、これを搬送状態を維持したままで、補正後のスクライブラインに基づいてスクライブ加工を行うことができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば、シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造する際に、前記各スクライブ加工工程における前記基材の歪み量に大きな違いがあったとしても、スクライブ線の加工処理は、光学的に検出された位置合わせ用シンボルの位置と、前記シンボルの位置とそれに対応するスクライブ線上の位置との設計上の位置関係とに基づいて、設計上のスクライブ加工位置を補正すると共に、この補正されたスクライブ加工位置に対してレーザ光を照射してスクライブ線を形成するから、２以上のスクライブ加工工程のそれぞれにおいて形成されるスクライブ線同士の位置的相関を設計通りの位置的相関に維持することができ、これにより完成されたデバイスの効率を低下させたり、不良品が発生する虞れを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】加工対象シートの搬送形態を示す説明図である。
【図２】加工対象シートと加工ステーションとの関係を示す説明図である。
【図３】本発明装置の第１実施形態の平面図である。
【図４】本発明装置の第１実施形態の側面図である。
【図５】第１実施形態における補正原理の説明図（その１）である。
【図６】第１実施形態における補正原理の説明図（その２）である。
【図７】補正原理の説明図（その３）である。
【図８】加工対象シートの歪みによるスクライブ位置のずれの説明図である。
【図９】第１実施形態の変形例を示す平面図（その１）である。
【図１０】第１実施形態の変形例を示す平面図（その２）である。
【図１１】本発明装置の第２実施形態の平面図である。
【図１２】本発明装置の第２実施形態の側面図である。
【図１３】ＣＣＤカメラと加工ヘッドとの位置関係を示す説明図である。
【図１４】本発明装置の第３実施形態を示す平面図である。
【図１５】本発明装置の第３実施形態を示す側面図である。
【図１６】補正原理の説明図である。
【図１７】加工ヘッドとカメラとの位置関係を示す説明図である。
【図１８】本発明装置の第４実施形態を示す平面図である。
【図１９】本発明装置の第４実施形態を示す側面図である。
【図２０】加工ヘッドの光学系を示す説明図である。
【図２１】本発明装置の第５実施例形態の平面図である。
【図２２】本発明装置の第５実施例形態の側面図である。
【図２３】加工ヘッドの光学系を示す構成図である。
【図２４】補正処理プログラムの構成を示すフローチャート（その１）である。
【図２５】補正処理プログラムの構成を示すフローチャート（その２）である。
【図２６】加工速度と処理速度との関係の説明図（その１）である。
【図２７】加工速度と処理速度との関係の説明図（その２）である。
【図２８】フライングスポットのメリットの説明図である。
【図２９】固定光学系を使用した場合（バイトサイズ制御なし）の作用説明図である。
【図３０】固定光学系を使用した場合（バイトサイズ制御あり）の作用説明図である。
【図３１】ガルバノスキャン光学系を使用した場合の作用説明図である。
【図３２】一次元ＣＣＤの使用例を示す説明図である。
【図３３】孔のずれ量の実寸法の説明図である。
【図３４】Ｑスイッチレーザ固体レーザの代表的な特性（Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合）を示すグラフである。
【図３５】薄膜太陽電池（ソフトタイプ）の製造工程図である。
【図３６】正しいスクライビング加工の一例を示す説明図である。
【図３７】不良のスクライビング加工の一例を示す説明図である。
【図３８】薄膜太陽電池（ハードタイプ）の製造工程図である。
【図３９】スクライビング加工の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下に、本発明方法及び装置の好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。ここで述べる実施形態は、本発明をソフトタイプの薄膜太陽電池に応用したものである。
【００４８】
［第１実施形態］
加工対象シートの搬送形態を示す説明図が図１に示されている。同図に示されるように、本発明における加工対象シートは、繰り出しロールＲ１と巻取りロールＲ２とテンションロールＲ３などからなるロール機構をもって搬送される、いわゆるロール・ツー・ロール方式により搬送されるものであり、こうして実現される搬送路の途中に、図２に見られるような所定長さの加工ステーションＳＴが設けられ、この加工ステーションＳＴにおいて、本発明に係るスクライブ加工方法及び装置が実現される。
【００４９】
なお図２において、３は搬送される中間品シート２のその幅方向に沿って多列にかつ一面に配置された集電孔となるパンチ孔である。当業者にはよく知られているように、この種のソフトタイプの薄膜太陽電池においては、シートの長手方向に区分されて形成された各独立するセルとセルとの間を直並列に結んで電流容量を確保するためこのような多数の集電孔３を必要とするものであり、これらの集電孔３は、先に説明したように、製造段階の最初の工程において、ポリイミドフィルム基材上にパンチ孔加工される。このパンチ孔３は、.製造開始から最終段階まで、確かな位置合わせ用の基準として用いることができる。
【００５０】
しかも、搬送中の中間品シート２は、ロール・ツー・ロール方式に起因する局部的な機械的応力を受けて、延びたり縮んだりし、この伸縮の傾向は、長手方向各部において一定とはならないため、図２に誇張して示されるように、様々な方向へと角度を変えて傾斜することとなる。もっとも、図はかなり誇張されて記載されており、現実に目で見た場合には、ほぼ直線に見えることは言うまでもない。
【００５１】
本発明装置の第１実施形態の平面図が図３に、同側面図が図４にそれぞれ示されている。それらの図から明らかなように、この第１実施形態に係るスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔３が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用されるものである。
【００５２】
そして、このレーザスクライブ加工装置には、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シート２が載置可能な載物台１を有する加工ステーションＳＴと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージ５と、前記主ステージ５上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージ７と、前記副ステージ７上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台１上に載置固定された中間品シート２に向けられたレーザパターニング用の加工ヘッド８と、前記主ステージ５上にあって、前記副ステージの走行ラインよりも、前記主ステージ５のスクライブ動作時の走行方向前方側の領域に、前記製造ラインの幅方向へと適宜間隔をおいて分散配置され、それぞれ前記中間品シート２上の集電孔１列分の視野の一部を分担する複数個の固定カメラ９とを有する。
【００５３】
なお図において、４ａ，４ｂは、主ステージを搬送方向へ沿って移動可能とするための左右のガイドレール、６ａ，６ｂは副ステージ７を主ステージ５上に、搬送方向と直交する方向へと移動可能とするための左右のガイドレール、５ａは搬送方向と直交する方向へと加工ヘッド８を移動可能とするための開口、１０は複数台のカメラを主ステージに固定するための低線膨張材からなるホルダである。
【００５４】
なお、当業者にはよく知られているように、主ステージ５、副ステージ７、加工ヘッド８を直線的に駆動するためには、ボールネジ機構やリニアモータを利用することができる。
【００５５】
第１実施形態における補正原理の説明図（その１）〜（その３）が図５〜図８に示されている。それらの図から明らかなように、まず、この第１実施形態においては、複数台のカメラ９からその直下周辺の一定の視野内の画像を一括して取得する。図７に示されるように、カメラ９はその光軸９ａを真下に向けるように装着されており、従って、その視野９ｂに集電孔３が存在すれば、光軸１とその集電孔３との距離はそのままその地点における集電孔３の設定値からの誤差δとして直ちに測定することができる。図６に示されるように、このようにして複数台（この例では７台）のカメラから、画像処理によって各地点の誤差をそれぞれ求めることができる。
【００５６】
ここで、図５に示されるように、この例では、カメラは、加工ヘッドの進行方向において、１ピッチ先の集電孔列を読み取るように設定されている。つまり予め１ピッチ先の集電孔列の画像データに基づき、設計上のスクライブ線を補正し、その補正されたスクライブ線に基づき実際のスクライブ加工を行うのである。
【００５７】
このスクライブ加工は、中間品シート２の移動を停止し、図示しないバキューム装置で、載物台１へと中間品シート２を吸着固定した状態において、加工対象となる集電孔列３の上に主ステージ５を移動させて固定し、その状態で副ステージ７を搬送ラインと直交する方向へと移動させながら、補正量に応じて、加工ヘッド９を搬送方向へと所定ストロークで進出または後退させることにより、所望の直線または曲線を描きながら、スクライブ加工を行うことができる。
【００５８】
加工対象シートの歪みによるスクライブ位置のズレの説明図が図８に示されている。同図において最も左側の図から明らかなように、機械的、温度的理由からなんからの歪みが加工対象となるシートに生ずると、それに応じて、各集電孔３の位置もズレるから、カメラから得られる画像に基づいて画像処理を行うことで、各座標位置Ｘ１，Ｘ２・・・Ｘ７に対応して、それぞれのズレ量δが測定される。
【００５９】
今仮に、設計上において、２以上のスクライブ線を重ね、かつ集電孔の配列に沿って引くように決められているとすると、従前の補正を行わないスクライブ線の形成方法では、図８において中央の図に示されるように、直線的にスクライブ線が引かれてしまう。しかし、このとき、それ以前のスクライブ工程で引かれたスクライブ線は、集電孔の配列に沿って曲線を描くよう存在している筈である。したがって、その上に直線的にスクライブ線引いてしまうと、上層と下層のスクライブ線が公差又は接近してしまい、先に説明したような様々な不都合が生ずる。
【００６０】
これに対して、本発明にあっては、図８において右側の図に示されるように、設計上のスクライブ線位置は、各位置Ｘ１，Ｘ２・・・Ｘ７のズレ量δと設計上の集電孔の配列ラインと設計上のスクライブ線との距離とに基づいて修正され、結局、新たな修正後のスクライブ線位置は、集電孔の配列に沿いかつそれから所定距離平行に離れたものとなる。そのため、本発明によれば、各スクライブ工程にて引かれるスクライブ線は、上層と下層とのおいて、一定の関係に維持されるから、上下のスクライブ線が交差したり、以上に接近する等の問題を未然に防止することができるのである。
【００６１】
このとき、複数台のカメラ９が低膨張材からなるホルダ１１によって主ステージ５に固定されていれば、製造環境における温度変化等があったとしても、カメラの光軸中心位置９ａがずれることを防止し、高精度を維持することができる。
【００６２】
ここで、低膨張材としては、スーパーインバータやセラミック等の低い線膨張係数を有する素材を使用することができる。もっとも、このような低線膨張係数（１μｍ／℃程度）の素材を用いるとしても、素材の温度管理（±１〜２℃）は必要となるため、もし仮に、環境温度変化がこれ以上ある場合には、恒温化冷却水を流すことで要求される温度を維持することが好ましい。
【００６３】
固定カメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）を使用することによる利点としては、（１）移動させる必要がないため、ＣＣＤカメラの数だけ殆ど同時に１台のデータを取り込めること、（２）ＣＣＤカメラのベースの膨張を制御すれば高精度が比較的簡単に出せ、しかもこれが維持できること、（３）可動式のＣＣＤカメラ方式であれば、メンテナンスも必要となるが、固定カメラであれば一旦調整すればその後はメンテナンスフリーとなること、（４）ＣＣＤカメラを駆動させると制御する軸数が１軸増えるため、コストが大きく上がるばかりでなく、制御が複雑になることによるコストアップにもなること、（５）ＣＣＤカメラのデータを一旦保存し、１台の画像処理装置で格納したデータを順番に処理させていけば安価なシステムが構築できること、（６）シート全体のデータを加工前に先に一括で取得する場合、本実施例ではスクライブラインの数だけステージをインデックス送りすればよいが、加工ヘッドとＣＣＤカメラ１台を一体化させている本方式と比較すると、圧倒的に速く処理できる等が挙げられる。
【００６４】
第１実施形態の変形例を示す平面図（その１）が図９に示されている。同図に示されるように、上述の複数台の固定カメラを用いる実施例にあっては、これを１個の加工ステーションに、共通の載物台１を利用して加工部８Ａを２台以上設け、これにより加工効率を向上させることもできる。
【００６５】
第１実施形態の変形例を示す平面図（その２）が図１０に示されている。同図に示されるように、上述の複数台の固定カメラを使用する実施形態にあっては、１組の読取部９Ａに対して、２組の加工部８Ａ，８Ａを設け、さらにそれら全体を共通の載物台に対して２台以上設けるようにしてもよい。このようにすれば、一層、加工効率を向上させることができる。
【００６６】
なお、上述の第１変形例は、シートの長さが長い時、マルチヘッド化することで、加工時間の短縮が図られる。また、第２の変形例の場合、例えば１列読み取れば０．５ｍ程度歪み量が大きく変わらない場合、加工部だけを２段にして、加工速度を上昇させることができる。このときシートが長ければ、これをさらに２組設けることで、一層の加工速度の向上が図れる。
【００６７】
［第２実施形態］
本発明装置の第２実施形態の平面図が図１１に、同側面図が図１２にそれぞれ示されている。それらの図から明らかなように、この第２実施形態に係るスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用される。
【００６８】
このレーザスクライブ加工装置は、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シート２が載置可能な載物台を有する加工ステーションＳＴと、前記製造ラインＳＴの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージ５と、前記主ステージ５上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージ７と、前記副ステージ７上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シート２に向けられたレーザパターニング用の加工ヘッド８と、前記副ステージ７上にあって、前記製造ラインの幅方向へと、前記レーザパターニング用のヘッド８と一体に移動する１個のカメラ９とを有し、それにより前記カメラ９から得られる画像を画像処理することで、前記カメラの前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔３のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッド８の製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成されている。
【００６９】
すなわち、この第２実施形態においては、誤差測定用ＣＣＤカメラ９は１台で、パターニング加工ヘッド８の駆動ステージである副ステージ７上に搭載されていることが特徴となる。加工ヘッド８の速度に合わせてＣＣＤカメラ９も移動し、基準点と実際の歪み量をオンザフライ（On The Fly）で測定していく。加工ヘッド８の移動速度は最大２ｍ／ｓ程度で駆動するため、データ量を増やす場合、高速シャッタ機能があるものが必要とされるであろう。
【００７０】
第１実施形態と比較すると、利点としては、（１）測定部であるカメラ９が移動するため、データの取り込みを自在に変化させることが可能であり、中間品シート２の歪みが複雑である場合、第１実施形態では使用できるカメラの数に限度があるため、データ数が少なくなって、正確な補正ができない場合もあり得るが、この第２実施形態では歪みのひどい所でもデータ取り込み量を増大させて、正確なデータ分析が可能となること、（２）ＣＣＤカメラ９は１台であるため、構成が簡素化でき、組立・調整などが簡単であること、（３）データ取り込み条件などを変えられるパラメータが多いため、融通性が高い（後でソフト的な改善等が可能）などを挙げることができる。
【００７１】
なお、図示の例では、加工ヘッド８の横方向（中間品シート２の引っ張り方向）の１ライン上流を読み取るように構成したが、図１３に示されるように、加工ヘッドの下方向（先読み方向）に設置してもよい。誤差Ｅが１ｃｍの場合は、加工速度が２［ｍ／ｓ］であっても、５ｍｓの遅延時間があるので、リアルタイムＯＳを用いれば１ｍｓ程度で処理できるので、加工ヘッドに誤差信号を与えることができる。
【００７２】
［第３実施形態］
本発明装置の第３実施形態の平面図が図１４に、同側面図が図１５にそれぞれ示されている。それらの図から明らかなように、この第３実施形態に係るレーザスクライブ加工装置は、その方向に沿って多列に集電孔３が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用される。
【００７３】
このレーザスクライブ加工装置は、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シート２が載置可能な載物台１を有する加工ステーションＳＴと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージ５と、前記主ステージ５上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージ７と、前記副ステージ７上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シート２に向けられたレーザパターニング用の加工ヘッド８と、前記副ステージ７上にあって、前記製造ラインの幅方向へと、前記レーザパターニング用のヘッド８と一体に移動する複数個のカメラ９とを有し、それにより、前記カメラから得られる画像を画像処理することで、前記カメラ９の前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔３のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のヘッド８の製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成したものである。
【００７４】
すなわち、この第３実施形態にあっては、測定用固定ＣＣＤカメラ９を複数台（この例では３台）使用したことに特徴がある。ＣＣＤカメラ９をスクライブラインにおける加工ヘッド８の位置より下流側方向に複数台配置することによって、データの先読みが可能になるということである。
【００７５】
この第３実施形態の利点としては、複数台の固定ＣＣＤカメラ９の使用によって画像処理装置をＣＣＤカメラ９と独立に用いることにより、これから補正データ値を組み入れて加工しようとするためのデータの先読み（但し、１列前の情報）ができるため、データを読み込みながら、次の加工位置を計算して加工できる利点がある。
【００７６】
この例にあっては、読み込みカメラの位置が数十ｃｍ程度離れる場合も考えられるため、実際の装置では、２［ｍ／ｓ］の加工速度であっても、１００ｍｓ台の処理時間が許される。このため、精度良く補正をかけられるばかりでなく、加工ヘッド８を動かす時間にも余裕がとれる利点がある。
【００７７】
図１７に示されるように、誤差Ｅが３０ｃｍの場合、加工速度が２［ｍ／ｓ］であっても、１５０ｍｓの遅延時間があるので、加工ヘッドを追従させて動かす時間も十分な時間がとれる。この意味で設計は簡単となる。
【００７８】
［第４実施形態］
本発明装置の第４実施形態を示す平面図が図１８に、同側面図が図１９にそれぞれ示されている。それらの図から明らかなように、第４実施形態に係るレーザスクライブ装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用される。
【００７９】
このレーザスクライブ加工装置は、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シート２が載置可能な載物台１を有する加工ステーションＳＴと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージ５と、前記主ステージ５上にあって、前記製造ラインの幅方向へと走行可能な副ステージ７と、前記副ステージ７上にあって、前記製造ラインの長手方向へと所定ストロークで移動可能に取り付けられ、かつそのレーザ出射口を前記載物台上に載置固定された中間品シート２に向けられた同軸観察カメラ付きのレーザパターニング用の加工ヘッド１０とを有し、それにより前記カメラ９から得られる画像を画像処理することで、前記カメラ９の前記製造ラインの幅方向各位置における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中のレーザパターニング用のヘッド８の製造ライン方向の移動を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成されている。
【００８０】
すなわちこの第４実施形態の特徴は、測定用固定ＣＣＤカメラ９をパターニング加工光学ヘッド８と同軸上に配置した点にある。
【００８１】
この第４実施形態の利点としては、同軸構成とすることにより観察（測定）と加工点のずれがないため、構成が単純化され、コスト的にも低く抑えることができる。一方で、測定と加工は排他的になり、同時に処理できなくなる。このため、測定をシート全面に渡り採取するのではなく、特異点だけの測定や、５０本毎にしかデータ採取する必要がないという場合には利点となる。
【００８２】
図１８に示されるように、この例にあっては、１本目のスクライブラインを加工する前に、同軸観察光学系より基準ラインのデータを採取する。その後、加工するスクライブラインの位置だけずらして、そのデータ通りに加工する。
【００８３】
なお、このような加工ヘッドの光学系については、種々文献で周知であるが、図２０に示されるように、ガイド光ファイバ１０ａ、加工光ファイバ１０ｂからのレーザ光を、それぞれ、光学系１０ｃ，１０ｄ及びハーフミラー１０ｅ，１０ｆを介して対物レンズ１０ｇに導き、対象物に照射し、その反射光を対物レンズ１０ｇ及び２枚のハーフミラー１０ｅ，１０ｆを介してカメラ９より観測するようにしたものである。
【００８４】
［第５実施形態］
本発明装置の第５実施形態の平面図が図２１に、同側面図が図２２にそれぞれ示されている。それらの図から明らかなように、この第５実施形態に係るレーザスクライブ加工装置は、その幅方向に沿って多列に集電孔３が一面に配置された長尺シート状の薄膜太陽電池のロール・ツー・ロール製造ラインで使用される。
【００８５】
このレーザスクライブ加工装置は、前記製造ラインの途中にあって、１の成膜工程が完了した中間品シート２が載置可能な載物台１を有する加工ステーションＳＴと、前記製造ラインの上に、その幅方向へと架け渡され、かつ前記製造ラインの長手方向に沿って走行可能な主ステージ５と、前記ステージ５上にあって、前記載物台１上に載置固定された中間品シート２に向けられた出射光軸を、前記製造ラインの幅方向及び長手方向へとそれぞれ所定ストロークで首振り可能としたレーザパターニング用の加工ヘッド８Ａと、前記主ステージ５上にあって、前記副ステージの走行ラインよりも、前記主ステージのスクライブ動作時の走行方向前方側の領域に、前記製造ラインの幅方向へと適宜間隔をおいて分散配置され、それぞれ前記中間品シート上に集電孔１列分の視野の一部を分担する複数個の固定カメラ９とを有し、それにより、前記複数の固定カメラ９のそれぞれから得られる画像を画像処理することで、固定カメラ位置９における実集電孔のズレ量を計測すると共に、計測されたズレ量に基づいて設計上のスクライブラインの位置を補正し、こうして得られた補正後のスクライブラインに基づいて、前記副ステージ移動中の前記レーザパターニング用のレーザ光の光軸首振り角度を制御することにより、前記補正後のスクライブラインに従ったスクライブ線を形成するように構成されている。
【００８６】
すなわち、この第５実施形態に係るレーザスクライブ加工装置は、第１実施形態において、パターニング加工光学ヘッドを固定光学系でなくｆθレンズを用いたスキャン光学系の加工ヘッド８Ａ（図２３参照）にしたことが特徴である。図２３において、８１はスキャンミラー、８２は折り返しミラーである。
【００８７】
この第５実施形態の利点としては、（１）スキャン光学系にすることにより、加工光学系を固定させることができ、スクライブ加工ライン方向やこれに垂直方向への微小移動ステージ（ピッチ間隔調整用）が不要になる。そのため構成が単純化され、コスト的にも低く抑えることが可能となること、（２）スキャン光学系は高速スキャンが可能であるため、測定したデータを高速に加工して反映でき、オンザフライ加工も可能になり、加工時間を短縮することがでるほか、オンザフライ加工させると、ライン毎にピッチ送りさせることがなく、連続的に移動させることが可能になるため、加工速度が短縮できる利点もある（図２４参照）。
【００８８】
補正処理プログラムの構成を示すフローチャート（その１）が図２４に、同（その２）が図２５にそれぞれ示されている。
【００８９】
図２４において処理が開始されると、まず、歪み補正有りの加工モードを選択するか、それとも歪み補正なしの加工モードを選択するかの判定が行われる。
【００９０】
ここで、オペレータによる所定の選択操作に応答して、歪み補正なしと判定されると（ステップ１０１ＮＯ）、ステップ１１４へと進んで、スクライブライン歪み補正なしによる加工モードへの移行が行われる。続いて、図２５へ移って、主ステージは加工スタート位置へと移動し（ステップ１１５）、最初のスクライブラインに関して、歪み補正なしのスクライブ加工が行われる（ステップ１１６）。ここで、歪み補正なしのスクライブ加工とは、図８の真ん中の列に示されるように、集電孔の配列軌跡は無視して、設計通りのスクライブラインに従って、搬送路を横断するように、これと直交方向にスクライブラインを加工する。以後、同様にして、最後のスクライブラインに至るまで（ステップ１１７ＮＯ）、隣接スクライブラインへと移動しては、搬送路と直交する方向へのスクライブラインの加工が行われ、最後のスクライブラインまで到達するのを待って（ステップ１１７ＹＥＳ）、処理は終了する。
【００９１】
これに対して、図２４へ戻って、歪み補正有りと判定されると（ステップ１０１ＹＥＳ）、加工モードはスクライブライン歪み補正有りへと設定され、以後、歪み補正有りモードにおけるスクライブラインの加工処理が実行される。
【００９２】
まず、最初のスクライブラインから始まると（ステップ１０３ＹＥＳ）、カメラ９を読み取り測定位置へと移動した後（ステップ１０４）、最初のスクライブラインに関して、実際の集電孔３の位置と基準位置（光軸中心）との誤差から歪み測定を行い、データの蓄積を行う（ステップ１０５）。しかる後、加工ヘッド８を、加工スタート位置へと移動した後（ステップ１０６）、最初のスクライブラインに関し、１本目の歪みデータを反映して、スクライブラインの加工を行う。
【００９３】
ここで、図８の一番右の列に示されるように、歪み補正有りの場合、集電孔の配列軌跡に沿うようにして、これと所定距離ｄ０，ｄ１１，ｄ２１，ｄ３１だけ離して、スクライブラインの加工を行う。
【００９４】
以後、２本目以降のスクライブラインに関しては、加工方法Ａと加工方法Ｂとの２つの選択肢が存在する。ここで、加工方法Ａが選択されると（ステップ１０８Ａ）、２本目以降のスクライブライン歪み測定を行った後、２本目以降のデータの蓄積を行い（ステップ１０９）、蓄積データによる補正値でのスクライブラインの加工処理が行われる（ステップ１１０）。
【００９５】
これに対して、加工方法Ｂが選択されると（ステップ１０８Ｂ）、２本目以降のスクライブライン歪みの測定を行った後（ステップ１１２）、２本目以降は前のスクライブラインの歪みデータに従った補正値でのスクライブラインの加工処理が実行される（ステップ１１３）。
【００９６】
そして、以上の加工方法Ａ又は加工方法Ｂによる処理が、最後のスクライブラインに達するまで（ステップ１１１ＮＯ）、繰り返され、最後のスクライブラインに達するのを待って（ステップ１１１ＹＥＳ）、処理は完了する。
【００９７】
このように、この補正処理プログラムによれば、歪み補正有りと歪み補正なしとの２つの選択肢が存在することに加え、歪み補正有りが選択された場合にあっては、最初のスクライブライン以降、加工方法Ａ又は加工方法Ｂの２つの選択肢が存在する。
【００９８】
そして、歪み補正なしを選択すれば、図８の中央の図に示されるように、実際の集電孔３の配列軌跡とは関わりなく、設計値通りに搬送方向と直交する方向へと直線的にスクライブラインが加工される。これに対して、歪み補正有りが選択された場合には、集電孔列の配列軌跡に沿って、曲線的にスクライブラインが加工される。このとき、加工方法Ａが選択されれば、蓄積データによる補正値での加工が行われるのに対し、加工方法Ｂが選択されれば、２本目以降のスクライブラインについては前のスクライブラインの歪みデータに従った補正値での加工処理が行われる。
【００９９】
最後に、以上各実施形態に共通な補足事項について述べることとする。
［加工速度と処理速度との関係］
加工速度（パターニング加工速度）は、Ｑスイッチパルスレーザを用いて加工するため、図２６及び図２７に示されるように、
・Qスイッチ周波数：Ｆ［Ｈｚ］
・レーザ光の移動速度（加工ヘッド移動ステージ速度）：Ｖ［ｍｍ／ｓ］
とすれば、
・加工ピッチ（バイトサイズ）ｄ：Ｖ／Ｆ［ｍｍ］
ここで、図２６にあるように、レーザ加工点のスポット径に対して、バイトサイズは大きい必要がある。
【０１００】
通常の加工では、スポット径はオーバラップ率９０％程度で太陽電池のような薄膜に対する加工でも５０％程度は重ねながら加工する。スポット径は、必要とされるスクライブ加工幅で決定されるので、ＦとＶの関係は、どちらか一方が決定されれば、自動的に決定される。
【０１０１】
実際の例では、通常のレーザの場合、Ｑスイッチ周波数は、必要とされるピークパワーあるいは平均出力によって、選択する範囲が決まってくる。たとえば３０［ｋＨｚ］とする。太陽電池のスクライブ加工幅は１００μｍ程度を要求されるので、オーバラップ３３％とすれば、バイトサイズｄ＝６７μｍとなるので、加工速度は２０１０［ｍｍ／ｓ］［Ｖ＝Ｆｄ＝３０［ｋＨｚ］×６７［μｍ］＝２０１０［ｍｍ／ｓ］］となる。加工ステージは約２［ｍ／ｓ］の高速さが必要となる。
【０１０２】
加工速度が２［ｍ／ｓ］とあるとすれば、中間品シートの幅（実際のスクライブ加工する長さ）が１［ｍ］である場合、スクライブ加工に要する時間は図２８のように試算される。
【０１０３】
このように、各スクライブラインが０．８［ｓ］で終了するので、１ライン先読みしながら加工する例では、少なくとも１ライン分の位置ずれの読み取り時間（第１実施形態では６台の固定カメラでの読み取り時間）＋これらのズレ情報による隣のラインの下降補正データ作り＋隣のラインまでの加工ヘッド移動時間までを０．８［ｓ］以内で全て終了させる必要がある。実際にはマージン等が必要になるので、半分の０．４［ｓ］程度で終了させることが必要となる。
【０１０４】
［フライングスポットのメリット（戻り加工）］
フライング加工の方法は、２つ存在する。その第１の方法は、既に第５実施形態で説明したように、中間品シートをゆっくりと動かしながらオンザフライで加工する方法である。これに対して、第２の方法は、中間品シートについては固定しておき、スクライブ加工方向の移動ステージ上にスキャナを搭載して、オンザフライ加工する方法である。これを図２８に示す。
【０１０５】
第２の方法であるオンザフライの加工の利点としては、（１）ガルバノスキャンのような高速スキャン可能な駆動系を使用することにより、第１〜第４実施形態のように、加工ヘッドを小型のリニアステージでドライブする方式では高速駆動が困難であるが、ガルバノタイプのスキャナを使用すれば、簡単にＸＹ２軸の高速ポジショニングが可能であるため、より遅れの少ない補正が可能になる上、安価な構成にもできること、及び（２）ガルバノスキャナは、リニアステージに搭載されているので、実際の加工速度は、リニアステージ走査速度＋ガルバノ走査速度となり、スクライブ加工速度を２［ｍ／ｓ］にする場合、ガルバノスキャン速度を１［ｍ／ｓ］とすれば、リニアステージは最高速度１［ｍ／ｓ］でよくなり、より小型で安価なリニアステージが選択できること、等を挙げる。
【０１０６】
第２の方法であるオンザフライ加工で、もう１つの利点としては、ステージの加減速領域のバイトサイズ制御を行うことによって、加減速領域をなくすることが可能になることである。図２９に示されているように、適当な一定周期のレーザパルスを照射してパルス光を残した様子、加減速領域は等速で移動しないので、レーザの周波数が一定ではピッチ間隔が異なってしまう（図２９参照）。従って、実際の中間品シートにスクライブ加工する場合は、この等速領域のところで加工する必要がある。即ち、加減速領域は助走領域となり、装置が大型化し、コストも上がる結果となる。できるだけこの助走期間を短くしたいが、使用するモータのトルクの大きなものを使用する必要があるばかりか、加減速度を大きくすることにより各ガイドに対する負荷が大きくなるため寿命低下につながるほか、振動が大きくなり、加工精度の悪化や除震ユニットの必要性などの問題が発生する。
【０１０７】
［固定光学系を使用した場合（バイトサイズ制御時）］
加減速領域においても、レーザ照射されたパルス痕のピッチ間隔が等間隔になるように、加減速領域においてレーザパルス発振の繰り返し周波数を変化させる（これをバイトサイズコントロールと称する）。
【０１０８】
バイトサイズ制御は、リニアスケールから発せられる位置信号（絶対座標やパルス数）を用いて、設定された長さ単位にトリガを発し、このトリガでレーザを出射させるような制御である。ステージの速度に依らないで、設定された間隔でレーザ照射が行われる。
【０１０９】
バイトサイズ制御方法を用いると、レーザは一定間隔で正確に照射されるので、加減速領域でも等速運動領域でも関係なく等ピッチでレーザ照射される。しかしながら、図３０にあるように、加減速領域でレーザ発振の繰り返し周波数が変化する。
【０１１０】
しかしながら、図３０にあるように、加減速領域でレーザ発振の繰り返し周波数が変化する。Ｑスイッチレーザ発振器では、レーザのパルス繰り返しが変化すると、ピークパワーが大きく変化する。Ｎｄ，ＹＡＧレーザの例では、５ｋＨｚ以下の低繰り返しにおいて、２ｋＨｚ程度まで加速的にピーク出力が大きくなる。実際の加工では、加速時のスタート部、減速時の最後のところでピーク出力が大きくなり、加工が深くなったり、太くなったりして加工不具合を起こす。このため、レーザ強度が変化しても加工状態が大きく変化しない薄膜加工等でしか適用できない場合が多い。
【０１１１】
［ガルバノスキャン光学系を使用した場合］
通常のリニアステージで設けられる加減速領域をなくしても、高速移動が可能なガルバノスキャン光学系を用いることにより、バイトサイズ制御でトータル速度を一定とすることができる。結果として、リニアステージの加減速制御に支配されずに、レーザ照射されたパルス痕のピッチ間隔が等間隔になるようなバイトサイズ制御が可能になる。
【０１１２】
図３１では例として、リニアステージの最高速度（等速）とガルバノスキャナの等速領域での速度が同じ速度とした例である。
【０１１３】
この場合は、スキャナ速度はスタート後減速しながら等速になる制御となるため、Ｑスイッチレーザのピークパルスはスタート時が最も低いピークパワーで、等速になったとき最大のピークパワーとなる。本例のようにガルバノ速度をリニアステージ速度と同程度であればピークパワーの差異も小さくできる。すなわち加減速領域でなくても等ピッチ間隔にできる。
【０１１４】
［一次元ＣＣＤの活用］
ズレはフレキシブルシートを引っ張る方向に伸びる量が大きいと考えられるので、二次元ＣＣＤの代わりに、大きく伸びる方向の一次元ＣＣＤを用いてズレ量を測定する実施を追加しても構わない。但し、二次元ＣＣＤの場合は画像をモニタして、この画像を画像処理して目的とする穴形状や線を測定する。これに対して、一次元ＣＣＤ（リニアＣＣＤ）は図３２のように表面形状の測定に用いられる。
【０１１５】
本方法はフレキシブルシートのパターン等が上面に処理されていて、通常の（二次元）ＣＣＤカメラでは明確の像が得られない場合、図３２のような高さをレーザ測長器で精密に測定することにより、パターン部の盛り上がりにより測定できる利点がある。但し、測定のためにレーザ測長器ユニットをスキャンしなければいけないため、測定時間は非常に長くなる欠点もある。
【０１１６】
［穴のずれ量の実寸法］
これはプロセス方法（温度／湿度）やフレキシブルシートの厚み、種類により、大きく異なる。材料がポリイミドの場合は、図３３にあるように２５０℃で０．１％程度の伸縮があるので、１ｍ長の場合は、１ｍｍの伸縮がある。レーザプロセス時には特に加熱させるプロセスはないので、１０〜１００μｍ程度の伸縮となる。応力をかけることにより、機械的な伸縮も加わるから、さらに値は増える場合がある。
【０１１７】
［レーザ波長］
レーザ波長は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合、基本波（１０６４ｎｍ）、第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、第４高調波（２６６ｎｍ）のいずれかの波長あるいは複数の波長を切り換えて使用するシステムとなる。
【０１１８】
レーザがＮｄ：ＹＡＧレーザと異なるレーザの場合、たとえばＮｄ：ＹＬＦレーザの場合は、基本波が１０５３ｎｍまたは１０４７ｎｍとなり、第２〜第４高調波が同様に使用される。その他の発振波長を有する種類のレーザが使用される場合があっても同じである。Ｑスイッチレーザ固体レーザの代表的な特性（Ｎｄ：ＹＡＧレーザの場合）を図３４に示す。
【０１１９】
レーザはＣＷ、Ｑ−ＳＷ発振あるいはモードクロック発振、モードクロックＱ−ＳＷ発振の形態が利用される。説明ではパルスレーザでの場合を示したが、ＣＷ発振のレーザでの加工もあり得る（露光用のパターニング等）。
【０１２０】
ステージはリニアスケール付きのものであって、スケールで正確な位置情報を得て、目的とする観察／加工位置を得る方式を用いる。第５実施形態のようにオンザフライ加工する場合は、リニアスケールの位置情報を元にスキャナを同期制御させるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、シート状乃至プレート状の基材に対して、成膜工程とスクライブ加工工程とを交互に施すことにより、シート状乃至プレート状の多層デバイスを製造するときに使用することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１      載物台
２      中間品シート
３      集電孔
４ａ，４ｂ  Ｘ方向主ガイド
５      主ステージ
５ａ    開口
６ａ，６ｂ  Ｙ方向ガイド
７      副ステージ
８      加工ヘッド
８Ａ    加工部
９      カメラ
９Ａ    読み取り部
９ａ    光軸
９ｂ    視野
１０    同軸観察カメラ付きの加工ヘッド
１１    ホルダ
R１    繰り出しローラ
R２    巻き取りローラ
R３    テンションローラ
ＳＴ    加工ステーション
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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